[发明专利]一种基于单相机的变焦测距方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机立体视觉领域，具体的说是公开了一种基于单相机的变焦测距方法，提出了一种新的立体视觉模型，通过该模型可从二维图像获得深度信息。

背景技术

获取场景中各点相对于摄像机的距离是计算机视觉系统的重要任务之一。目前比较成熟的视觉测距技术主要基于以下几种模型：双目立体视觉、结构光法、几何光学法。当然还有很多特定环境下的应用模型，这里不再叙述。

其中最为重要的就是双目立体视觉模型，该模型由两个完全相同的摄像机构成，两个摄像机在空间上存在着旋转或平移关系。在这个模型中，场景中同一个特征点在两个摄像机图像平面上的成像位置不同，这两个像点称为匹配点对。我们称两个摄像机投影中心之间的距离为基线，两幅图像重叠时匹配点对之间的距离为视差。通过图像处理中的立体匹配技术和视差计算，便可得到场景中物点的深度信息。

结构光测距成像系统则使用三角测量原理来计算深度。在一个简单的点投影系统中，投影光源仪和摄像机之间相距一个基线距离，通过确定场景点反射光源光后的成像位置和投影角等参数，就可获得场景的深度信息。一般采用激光作为辅助光源。

几何光学法主要包括聚焦法和离焦法。聚焦法的基本原理是通过调整摄像机的像距，使得成像平面相对于被测点处在聚焦位置，在焦距和像距已知的条件下，可通过透镜成像公式求得物距。聚焦法原理比较简单，但其精度受到硬件的严重限制，不同深度区域需要重新聚焦，因而测量繁琐缓慢，所以应用很少。离焦法避免了寻找精确聚焦位置的操作，它利用物点不聚焦时成像圆斑的大小，即图像的模糊程度，来获取深度信息。但离焦模型的准确标定是其难度所在。

发明内容

本发明目的在于提出一种新的立体视觉模型，通过该模型可获得二维图像的深度信息。其价值在于该模型为计算机立体视觉理论的研究开拓了新方向。

本发明提出的基于单相机的变焦测距方法，只需用一个可以光学变焦的数码相机在两个不同的焦距下对同一场景分别成像一次，便可以通过图像处理与分析技术得出场景中的特征点在相机坐标系内的三维坐标。其操作过程主要有以下几步：

步骤一：将相机对准要测距的场景，并固定；

步骤二：在焦距f₁、f₂分别成像一次，并将两次所采集的图像作为一对立体图像保存起来，一般称在较小焦距下的成像为远景图，在较大焦距下的成像为近景图；(不失一般性，可假定焦距f₁＜f₂)

步骤三：完成立体图像的匹配；

步骤四：按要求计算特征点的三维坐标。

其中最为关键的一步是图像的立体匹配，值得注意的地方有以下几点：

一、可采用SIFT特征匹配在远景图中标定出两幅图像的公共场景，因为远景图与近景图相比，远景图包括的空间范围更广，而近景图就是两幅图像的公共场景；

二、应先在远景图的公共场景内选取像素点，然后再到近景图中搜索其对应的匹配点。因为近景图中场景的细节描述更为丰富，它应该包含了远景图中公共场景的所有细节，即两幅图像的公共场景内远景图的像点在近景图中都有匹配点，而反过来不一定成立；

三、可在局部范围内搜索匹配点，因为理想模型下，以光心为原点建立的图像坐标系中，相互对应的两个匹配点过光心的斜率应相同，且近景图中匹配点的极半径大于远景图中对应点的极半径。

附图说明

图1为本发明的基于单相机的变焦测距原理图。

图2为本发明的变焦测距模型的空间平面截取图。

图3为本发明的一对立体图像。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。